Ion-Exchange-Resin Trilite(สารกรองความกระด้างในน้ำบาดาล)

​

มารู้จักน้ำบริสุทธิ์กันเถอะ

เชาวเลข ชยวัฒนางกูร และ หทัยการ มิละโฮ 
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์ 
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

น้ำบริสุทธิ์ หรือเรียกว่า deminerized water หรือ deionized water หมายถึง น้ำที่ปราศจากเกลือแร่ต่าง ๆ น้ำบริสุทธิ์ ผลิตได้โดยใช้เรซิน คือ เรซินแบบกรด และเรซินแบบด่าง ซึ่งเรซินนี้อาจจะบรรจุแยกถังหรือในถังเดียวกันเป็นแบบ mixed bed ก็ได้ เรซินแบบด่าง จะทำหน้าที่กำจัดไอออนลบ สามารถรีเจอเนเรตด้วยโซดาไฟ ส่วนเรซินแบบกรด จะทำหน้าที่กำจัดไอออนบวกออกจากน้ำ สามารถรีเจอเนอเรตด้วยกรดเกลือ หรือ กรดกำมะถัน น้ำที่ผลิตได้จึงเป็นน้ำที่ ปราศจากเกลือแร่ต่าง ๆ

เรซิน คือสารประกอบโมเลกุลใหญ่ (polymer) แบบสามมิติ (three dimensional network) ที่ได้จากการรวมตัวกัน ทางเคมี ของสารประกอบโมเลกุลเดี่ยว (monomer) เพื่อใช้ในการแลกเปลี่ยนไอออน สามารถเปรียบเทียบเรซินได้กับ กรดหรือด่าง ซึ่งมีทั้งอ่อน และ แก่ ความแตกต่างที่ต้องตระหนักไว้ คือกรดและด่างเป็นของเหลว แต่เรซินเป็นของแข็ง ดังนั้น จึงอาจกล่าวได้ว่าเรซินเป็นกรด หรือ ด่าง ชนิดแข็ง ความแตกต่างอีกประการหนึ่ง คือ ผลปฏิกิริยาที่ได้ สำหรับ ในกรณีของกรด หรือ ด่าง ธรรมดาผลปฏิกิริยาจะยังคงอยู่ในน้ำ แต่ปฏิกิริยาของเรซินนั้นผลปฏิกิริยาที่ได้ยังคงอยู่กับ เรซิน นั่นคือ ผลปฏิกิริยาเป็นของแข็ง จากการที่เรซินเปรียบได้กับ กรด หรือ ด่าง ทำให้มีการแบ่งประเภทของเรซิน ตามความเป็นกรด หรือ ด่าง ได้ 4 ชนิดดังนี้

• เรซินแบบกรดแก่ (strong acidic cationic resin)
  
• เรซินแบบกรดอ่อน (weak acidic cationic resin)
  
• เรซินแบบด่างแก่ (strong basic anionic resin)
  
• เรซินแบบด่างอ่อน (weak basic anionic resin)

รีเจอเนอเรชัน

รีเจนเนอเรชัน หมายถึง การทำให้เรซินที่หมดอำนาจไปแล้วกลับฟื้นตัวขึ้นมามีอำนาจในการแลกเปลี่ยนไอออนใหม่อีก การที่เรซินหมดอำนาจ (ชั่วคราว) เป็นเพราะว่าไอออนอิสระส่วนใหญ่ใน เรซินถูกนำไปแลกเปลี่ยนกับไอออนอื่นในน้ำ จนหมดสิ้น การทำรีเจนเนอเรชันได้แก่ การขับไล่ไอออนในเรซินที่แลกมาจากน้ำ และเติมไอออนอิสระให้กับเรซิน ทำให้เรซินกลับสู่สภาพเดิม และมีอำนาจในการแลกเปลี่ยนไอออนอีกครั้งหนึ่ง สารเคมีที่ใช้เติม ไอออนอิสระให้กับเรซิน ที่เสื่อมอำนาจไปแล้วเรียกว่าสารรีเจนเนอแรนต์ (regenerant ) ตัวอย่างของสารรีเจอเนอแรนต์ ได้แก่ NaCl ซึ่งใช้เติม Na+ หรือ Cl- ให้กับเรซิน หรือ H2SO4 ซึ่งใช้เติม H+ ให้กับเรซิน หรือ HCl ซึ่งใช้เติม H+ ให้กับเรซิน เป็นต้น

ประสิทธิภาพในการทำรีเจนเนอเรชัน (regeneration efficiency)

หมายถึง อัตราส่วนระหว่าง จำนวนสมดุลของไอออน ในเรซินที่เสื่อมแล้ว และจำนวนสมดุลของไอออนในสาร รีเจนเนอแรนต์ ที่นำมาแลกเปลี่ยน ถ้ามีประสิทธิภาพเท่ากับ 100 % หมายความว่า ไอออนที่แลกเปลี่ยนระหว่างกัน ของสารรีเจนเนอแรนต์ กับของเรซินที่เสื่อมอำนาจแล้วมีจำนวนเท่ากัน อย่างไรก็ตาม โดยปกติแล้วการแลกเปลี่ยน ไอออน จากเรซินที่เสื่อมอำนาจแล้วมักต้องใช้ไอออนจำนวนมากว่าสารรีเจนเนอแรนต์ กล่าวคือ ประสิทธิภาพในการ ทำรีเจนเนอเรชันมักมีค่าไม่ถึง 100 %

การทำความสะอาดก่อนการแลกเปลี่ยนไอออน

เรซินมีหน้าที่ในการกำจัดสารละลายน้ำที่อยู่ในรูปของไอออนต่าง ๆ เท่านั้น ผู้ใช้ไม่ควรใช้เรซินทำหน้าที่แทน สารกรองน้ำเป็นอันขาด น้ำที่ผ่านเข้าถังเรซินจึงควรเป็นน้ำใสที่มีความขุ่น หรือ ตะกอนแขวนลอย หรือ แก๊สละลายน้ำ หรือ น้ำมัน ลอยอยู่น้อยที่สุด สารมลทินต่าง ๆ ดังกล่าว ทำให้อายุของเรซินสั้นกว่าที่ควรจะเป็น ในกรณีที่น้ำดิบได้มา จากแหล่งน้ำผิวดินจะต้องกำจัด ตะกอนแขวนลอยต่าง ๆ ออกจากน้ำด้วยกระบวนการต่าง ๆ เช่นโคแอกกูเลชัน การตกตะกอน การกรอง เป็นต้น เสียก่อนจึงจะส่งผ่านน้ำเข้าถังเรซินได้ คลอรีน หรือ ออกซิไดซิงเอเจนต์ อื่น ๆ อาจทำลายเรซินบางชนิดได้ โดยเฉพาะประเภทกรดอ่อน หรือด่าง ทำให้ไม่สามารถแลกเปลี่ยนไอออนได้

ประโยชน์ของกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน

เรซินแลกเปลี่ยนไอออนสามารถกำจัดสารละลาย ต่าง ๆ ที่อยู่ในรูปไอออนได้ อย่างไรก็ตามการแลกเปลี่ยนไอออน ไม่เหมาะสำหรับสารละลาย (TD ) ที่มีความเข้มข้นสูงกว่า 700 มก./ล เพราะ เป็นวิธีที่ไม่ประหยัด วิธีที่เหมาะสม กว่ามากควรเป็น reverse osmosis หรือ electrolysis

• กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนนี้สามารถใช้ทำความสะอาดน้ำ เพื่อกำจัดสารมลทิน เฉพาะอย่างในน้ำได้ดังต่อไปนี้กำจัดความกระด้าง
  
• กำจัดความเป็นไบคาร์บอเนต
  
• กำจัดเกลือแร่ทุกชนิดเพื่อผลิตน้ำบริสุทธิ์